(57)【要約】【課題】  流体試料の高圧下での粘度を誤差なく簡単に測定できる粘度測定装置を得る。【解決手段】  流体試料と球２０を封入する円柱状の試料容器１０を備えた試験槽１をモータ６により回転させる。装置１は昇圧装置３０を備え、その高圧配管３１がチェックバルブ１７およびワンタッチ式の継ぎ手３２を介して、試料容器１０側に着脱自在とされている。昇圧装置３０を作動して試料容器１０を所定圧にした後、高圧配管３１を取り外して、モータ６を駆動する。遠心力による球２０の移動は光電管３４ａ，３４ｂにより検出される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料と試料より比重の重い球を封入できる円柱状の試料容器と、該試料容器に封入した試料と球とに遠心力を与える手段と、試料容器内での球の移動を検知する手段とを備えた遠心式の粘度測定装置であって、試料容器内の試料に圧力をかけるための昇圧装置をさらに有しており、昇圧装置は逆止弁を介して試料容器に着脱自在とされていることを特徴とする粘度測定装置。
【請求項２】
試料容器内での球の移動を検知する手段は、試料容器に形成した少なくとも２箇所のレーザー光が通過できる計測点と、球が計測点でレーザー光を遮断することを検知する手段とを少なくとも有することを特徴とする請求項１に記載の粘度測定装置。
【請求項３】
試料容器に封入した試料と球とに遠心力を与える手段は、試料容器の一方端から離れた位置にある回転中心軸と、該回転中心軸に回転を付与する回転装置とからなることを特徴とする請求項１または２に記載の粘度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体試料の粘度測定装置、特に、高い圧力がかかった状態で通常使用される流体の使用時における粘度（高圧粘度）を測定するのに好適な粘度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体試料を入れた円柱状の容器内に、試料よりも比重の重い球（鋼球）を入れ、自重による球の落下時間から当該試料の粘度を求める、いわゆる落下球式粘度測定装置は知られている。しかし、高粘度の流体に対してはこの方法は必ずしも有効でない。その理由は、球が落下するのに長時間を必要とするか、短い時間で測定を終えようとすると、きわめて大きな比重の球を使用することが必要となることによる。
【０００３】
高粘度の流体試料の粘度測定に適した装置として、遠心力を利用した落下球式粘度測定装置が知られている。例えば、特許文献１（特開昭５１−１４４６８１号公報）には、試料と該試料より比重の大きい球を封じ込んだ中空柱を、中空柱の軸心を回転軸に直角にして回転させ、中空柱の一端から他端に球が移動する速度を検出し、その値から当該試料の粘度を演算する粘度測定方法が記載されている。また、特許文献２（特開平１０−２６０１２６号公報）には、回転する円盤に高圧粘度計を取り付けるようにした流体粘度測定装置が記載されており、そこで用いる高圧粘度計の例としてダイヤモンドアンビル装置を例示している。この高圧粘度計は測定対象となる流体と鋼球とを収容する圧力室を有し、加圧ネジをネジ込むことにより圧力室内の流体を加圧できるようにされている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５１−１４４６８１号公報
【特許文献２】特開平１０−２６０１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１、２に記載される形態の粘度測定方法あるいは装置は、流体試料と球を封入した容器に回転による遠心力を与え、それにより流体試料を移動する球に遠心加速を加えることによって移動速度を速くし、高粘度の流体であっても通常の比重球を用いて比較的短時間で粘度の測定を行うことができる利点がある。
【０００６】
一方、流体によっては、低粘度、高粘度を問わず、それが使用されるとき高圧環境下におかれるものがあり、使用時での粘度、すなわち高圧粘度を把握しておくことが必要なものもある。例えば、トラクションフルードやギヤ油などの流体はそのような流体であり、例えば１ＧＰａ前後での粘度を把握することが実用上求められる。特許文献１に記載の装置では、測定時に試料をそのような高圧環境下におくことはできない。
【０００７】
特許文献２の装置では、回転円盤に取り付ける高圧粘度計を操作することにより、圧力室内の流体に高圧をかけることはできる。しかし、高圧粘度計と回転による遠心力を与える装置とが別のものであり、装置全体として大がかりとなるばかりでなく、高圧粘度計内の流体に圧力を付与した後、粘度の測定までにどうしてもタイムラグが生じ、圧力室内の圧力誤差が大きくなるのを避けられない。
【０００８】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、低粘度であるか高粘度であるかを問わず、高圧下で使用される流体の粘度を迅速に測定することができ、かつ構成も簡単な粘度測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による粘度測定装置は、試料と試料より比重の重い球を封入できる円柱状の試料容器と、該試料容器に封入した試料と球とに遠心力を与える手段と、試料容器内での球の移動を検知する手段とを備えた遠心式の粘度測定装置であって、試料容器内の試料に圧力をかけるための昇圧装置をさらに有しており、昇圧装置は逆止弁を介して試料容器に着脱自在とされていることを特徴とする。
【００１０】
測定に当たり、円柱状の試料容器内に高圧粘度を測定しようとする試料（流体）と球を封入する。球は試料容器内に常備されていてもよい。次に、試料容器と昇圧装置とを逆止弁を介して接続し、試料容器内を所定の圧力（例えば１ＧＰａ前後）まで昇圧させて、試料を高圧環境下とする。昇圧後、直ちに昇圧装置を切り離して試料容器に回転を与える。回転により球には遠心力が生じ、回転中心側から他方側に向けて試料容器内を移動する。その移動を適宜の手段で検知し、検知データから従来知られた演算手法により当該試料の高圧環境下での粘度を得る。
【００１１】
このように、本発明による装置では、試料容器に所定の圧力を加えた直後に、試料容器を回転して球の移動を検知できるので、試料容器内の圧力誤差がほとんどない状態で高圧粘度の測定が可能である。また、加圧装置と試料容器とを切り離すだけで、試料容器を回転させることができ、装置としても簡素化が可能となる。
【００１２】
試料容器内での球の移動を検知する手段は、球の移動から粘度の演算に必要なパラメータが得られる手段であれば任意であるが、試料容器に形成した少なくとも２箇所のレーザー光が通過できる計測点を設け、球が計測点を通過することにより、レーザー光を遮断したことを光電管などで検知する手段は、操作性の観点から好ましい。得られたデータから２つの計測点間を通過する時間を測定することにより、容易に粘度を演算より得ることができる。計測点を撮影カメラで撮影し、その画像データから球の移動を検知することもできる。
【００１３】
試料容器に封入した試料と球とに遠心力を与える手段も任意であるが、構造的な容易性から、試料容器の一方端から離れた位置に回転中心軸を設け、その回転中心軸をモータなどの回転装置で回転する構成は好ましい。適宜の制御機構を備えることにより、試料容器の回転数も容易に制御することができる。本発明において、昇圧装置には通常の高圧ポンプを用いることができる。
【００１４】
本発明において測定の対象となる試料に特に制限はないが、高圧下で通常使用される流体、例えば、トラクションフルード、ギヤ油などを挙げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を図面を参照しながら実施の形態により説明する。図１は本発明による粘度測定装置の概略構成図である。装置１は試験槽２を備え、該試験槽２は上方に偏った位置に回転軸３を有していて、固定枠体４に軸受５を介して回動自在に軸支されている。回転軸３にはモータ６の回転軸７が駆動接続しており、モータ６の回転数に応じて試験槽２は回転する。試験槽２の回転軸３側である内側端面８にはマスバランス９が備えられ、回転軸３を中心として試験槽２が回転するときの質量バランスを保つようにしている。
【００１６】
試験槽２には、その重心を通過するようにして、回転軸３に直交する方向に中心軸を持つ中空円筒状の試料容器１０が形成されており、該試料容器１０の上端１１にはより小径の試料用細管１２が内側端面８まで連通しており、下端１３にも同じ形状の試料用細管１４が試験槽２の下側端面１５まで連通している。そして、試料用細管１２の外側開放端には止め栓１６が取り付けてあり、試料用細管１４の外側開放端には逆止弁（チェックバルブ）１７が取り付けてある。
【００１７】
試験槽２には、試料容器１０の回転軸３に近い端部近傍を通過するようにして回転軸３に平行な第１の貫通孔１８が形成されており、さらに、試料容器１０の回転軸３から遠い端部近傍を通過するようにして第１の貫通孔１８と平行な第２の貫通孔１９が形成されている。好ましくは、図示のように、各貫通孔１８、１９は試験槽２の外側に向けて次第に広がる円錐形とされる。
【００１８】
試験槽２はＳＫＤ−６２のような材料で造ることができる。試料容器１０には高い圧力がかけられること、また、外部から内部を見通せることが好ましいこと、の理由からパイレックスガラスのような透明な強化ガラスで造ることが望ましい。試料容器１０には鋼球のような試験しようとする流体試料よりも比重の高い球２０が封入されており、例えば、図示しない電磁石などの手段により試料容器１０の回転軸側の端部近傍に位置決めできるようにされている。さらに、試料容器１０と前記第１、第２の貫通孔１８、１９との接合部にはさらにサファイヤガラスのような透明な耐圧ガラス２１を配置して、試料容器１０内が高圧になったときの破損を防いでいる。図示しないが、試料容器１０内を加熱する適宜の加熱手段（例えば電気ヒータなど）を試料容器１０の周囲に配置するようにしてもよい。
【００１９】
粘度測定装置１に近接して昇圧装置３０が配置される。昇圧装置３０としては、通常の高圧ポンプをそのまま用いることができる。昇圧装置３０の吐出側には高圧配管３１が備えられ、その高圧配管３１の吐出端はワンタッチ式の継ぎ手３２を介して前記チェックバルブ１７に接続している。
【００２０】
試験槽２の一方側には前記第１の貫通孔１８と平行な第２の貫通孔１９の軸心線を通るようにしてレーザー光を出力することのできるレーザー発信手段３３が配置してあり、試験槽２の他方側には第１の貫通孔１８と平行な第２の貫通孔１９を通過するレーザー光を受信するための第１と第２の光電管３４ａ，３４ｂが配置されている。
【００２１】
レーザー発信手段３３および第１と第２の光電管３４ａ，３４ｂは、試料容器１０内の球２０が第１と第２の貫通孔１８、１９と試料容器１０との交点である２つの「計測点」を通過することを検知するための手段の一例であり、球２０が該「計測点」を通過するときにレーザー光が遮断されることを光電管３４ａ，３４ｂが検知して、その情報が制御装置４０に送られる。制御装置４０は送られてくる信号から２つの「計測点」間を球２０が通過する時間を得、それに基づき従来知られた演算手法によって、球２０が通過する流体試料の粘度を演算する。制御装置４０はモータ６に対しても制御信号を発信して試験槽２に回転数制御を行う。また、昇圧装置３０にも制御信号を発信して試料容器１０内に所定の圧力が生じるように昇圧装置３０を制御する。必要な場合には、レーザー発信手段３３にも信号を送り、計測に必要なときにのみレーザー光を出力する。
【００２２】
粘度の測定に際し、モータ６を停止した状態で止め栓１６を開け、被測定材料である流体試料を試料用細管１２を通して試料容器１０に注入する。注入後に止め栓１６を閉じると共に、昇圧装置３０に接続した高圧配管３１をワンタッチ式の継ぎ手３２を介してチェックバルブ１７に接続する。接続後、昇圧装置３０を作動して試料容器１０内を所定圧力（例えば１ＧＰａ程度）に昇圧する。必要な場合には図示しない加熱手段により試料容器１０を所定温度に加熱制御する。
【００２３】
球２０を図示しない電磁石などの手段により試料容器１０の回転軸側の端部近傍に位置させた後、ワンタッチ式の継ぎ手３２を操作して高圧配管３１を試験槽２から取り外す。モータ６を駆動して試験槽２を回転軸３を中心として所定の回転数で回転させる。この回転により球２０は試料容器２０の回転軸３側から他端側に向けて遠心力で移動する。その移動は、最初は第１光電管３４ａがレーザー光の遮断を検出することにより検知され、次に第２光電管３４ｂが同様にレーザー光の遮断を検出することによって検知される。前記したように、２つの光電管３４ａ、３４ｂで検知した時間を測定することで、当該試料の粘度を演算することができる。
【００２４】
上記のように、本発明の装置では、被測定材料である流体試料を加圧した後、ほとんどタイムラグのない状態で、当該試料の高圧粘度を測定することができ、測定誤差をなくすことができる。そのための構成も、単に昇圧装置３０の高圧配管３１をチェックバルブ１７を介して着脱できるようにするだけでよく、きわめて簡素化できる。さらに、同じ試料に対して、圧力を変えた状態の高圧粘度を容易かつ反復的に測定することができる利点もある。また、遠心力で球２０を移動させるようにしており、高粘度の試料であっても短時間でその高圧密度を測定することができる。球２０に遠心力を与えなくても当該試料の高圧密度を短時間で測定できるような場合には、試験槽２を垂直姿勢に維持しておくだけで所要の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による粘度測定装置の概略構成図。
【符号の説明】
【００２６】
１…粘度測定装置、２…試験槽、３…回転軸、５…軸受、６…モータ、７…モータの回転軸、９…マスバランス、１０…試料容器、１２、１４…試料用細管、１６…止め栓、１７…逆止弁（チェックバルブ）、１８…第１の貫通孔、１９…第２の貫通孔、２０…球、２１…耐圧ガラス、３０…昇圧装置、３１…高圧配管、３２…ワンタッチ式の継ぎ手、３３…レーザー発信手段、３４ａ，３４ｂ…光電管、４０…制御装置
【図１】
2005121550.tif 000003